JP2010154011A - Isolator and method of transmitting signals - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気的に絶縁された2つの領域で、信号の送受信を行うアイソレータに関する。 The present invention relates to an isolator that transmits and receives signals in two electrically isolated regions.
電気的に互いに絶縁すべき2つの領域間で、情報を伝達するために、アイソレータが利用される。たとえば、アイソレータの代表的なものとして、情報伝達媒体として光を利用したフォトカプラが知られている。 Isolators are used to transmit information between two regions that are to be electrically isolated from each other. For example, as a typical isolator, a photocoupler using light as an information transmission medium is known.
フォトカプラは、電気的に互いに絶縁された1次領域(送信側)と2次領域(受信側)、および1次領域に設けられた発光デバイス(たとえば発光ダイオード)と、2次領域に設けられた受光デバイス(たとえばフォトダイオード)を備える。
しかしながら、フォトカプラには、発光素子あるいは受光素子の劣化にともなう信頼性の低下という問題がある。 However, the photocoupler has a problem of a decrease in reliability due to deterioration of the light emitting element or the light receiving element.
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的のひとつは、信頼性の高いアイソレータの提供にある。 The present invention has been made in view of such problems, and one of its purposes is to provide a highly reliable isolator.
本発明のある態様は、電気的に互いに絶縁される1次領域および2次領域を含み、1次領域から2次領域に信号を伝達するアイソレータに関する。アイソレータは、1次領域に設けられたコイルと、送信すべき信号に応じた駆動電流をコイルに供給する電流発生部と、1次領域のコイルと近接して設けられ、コイルが発生する磁束を受けるホール素子と、磁束に応じてホール素子に発生する電気信号を増幅する増幅器と、を備える。 An aspect of the present invention relates to an isolator that includes a primary region and a secondary region that are electrically insulated from each other and transmits a signal from the primary region to the secondary region. The isolator is provided in the vicinity of the coil provided in the primary region, the current generator that supplies the drive current corresponding to the signal to be transmitted to the coil, and the coil in the primary region, and generates the magnetic flux generated by the coil. A Hall element that receives the signal, and an amplifier that amplifies an electric signal generated in the Hall element according to the magnetic flux.
この態様によると、ホール素子を利用することで、磁界を利用して1次領域と2次領域を好適にカップリングすることができる。コイルおよびホール素子は、発光素子や受光素子に比べて劣化が少ないため、信頼性の高いアイソレータが提供される。また、ホール素子やコイルは、半導体プロセスとの親和性が高く、シリコンなどの半導体基板上に、その他の回路、たとえば電流発生部や増幅器と集積化することが可能であるため、アイソレータをコンパクトにできるという利点がある。 According to this aspect, by utilizing the Hall element, the primary region and the secondary region can be suitably coupled using a magnetic field. Since the coil and the Hall element are less deteriorated than the light emitting element and the light receiving element, a highly reliable isolator is provided. In addition, Hall elements and coils are highly compatible with semiconductor processes and can be integrated with other circuits such as current generators and amplifiers on a semiconductor substrate such as silicon, making the isolator compact. There is an advantage that you can.
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.
本発明のある態様によれば、信頼性の高いアイソレータが提供できる。 According to an aspect of the present invention, a highly reliable isolator can be provided.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
図1は、本発明の実施の形態に係るアイソレータ100の構成を示す回路図である。アイソレータ100は、互いに電気的に絶縁された1次領域10と2次領域30に分割して構成され、1次領域10側の入力端子16に入力された入力信号Sinを2次領域30側に伝達し、出力端子36から入力信号Sinに応じた出力信号Soutを出力する。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of an
1次領域10と2次領域30は、別々の半導体基板上に形成することが望ましい。2つの領域間で、半導体基板を通して、ノイズや信号が漏洩するのを防止し、アイソレーションを高めるためである。さらに、1次領域10側と2次領域30側とでは、電源端子と接地端子がそれぞれ独立に設けられている。具体的には、1次領域10側には、第1接地端子18および第1電源端子20が、2次領域30側には、第2接地端子38および第2電源端子40が設けられている。
The
アイソレータ100は、電流発生部12、コイル14、ホール素子32、増幅器34を備える。
The
1次領域10について説明する。
コイル14は、1次領域10に設けられる。コイル14は、チップ部品であってもよいが、好ましくは1次領域10側のその他の回路素子(電流発生部12)とともに1つの半導体基板上に集積化される。コイル14の一端は、第1接地端子18と接続されている。電流発生部12は、コイル14の他端に接続され、送信すべき入力信号Sinに応じた駆動電流Idrvを、コイル14に供給する。たとえば電流発生部12は、gmアンプをはじめとする電圧電流変換回路であってもよい。電流発生部12は、第1電源端子20に供給される電源電圧Vdd1を受けて動作する。
The
The
コイル14には、駆動電流Idrvに応じた磁束が発生し、磁束の強さは、入力信号Sinに応じて変化する。
A magnetic flux corresponding to the drive current Idrv is generated in the
続いて2次領域30について説明する。ホール素子32は、コイル14が発生する磁束を受けるように、1次領域10のコイル14と近接して設けられる。ホール素子32は、基準バイアス電圧Vref+、Vref−を受ける。2次領域30には、基準バイアス電圧Vref+、Vref−を生成するバイアス回路(不図示)が設けられてもよい。ホール素子32は、2次領域30に設けられたその他の回路素子(34)とともに、1つの半導体基板上に一体集積化される。あるいはホール素子32は、増幅器34とは別の半導体基板上に形成されてもよいし、チップ部品を利用してもよい。
Next, the
ホール素子32には、コイル14からの磁束に応じて電気信号(ホール信号H+、H−)が発生する。増幅器34は、ホール素子32が発生するホール信号H+、H−を増幅する。増幅器34により増幅された信号は、直接、出力端子36から出力信号Soutとして出力される。あるいは、増幅器34の後段に信号処理回路(不図示)を設け、増幅器34の出力信号に所定の信号処理を施した後に、出力端子36から出力してもよい。
An electrical signal (Hall signals H +, H−) is generated in the Hall element 32 in accordance with the magnetic flux from the
以上がアイソレータ100の構成である。実施の形態に係るアイソレータ100によれば、コイルとホール素子のペアによって、電気的に絶縁された2領域間で信号を伝達することができる。コイルやホール素子は、従来のアイソレータ(フォトカプラ)で利用されていたLEDやフォトダイオードに比べて、経時劣化が少なく、また特性のばらつきも小さいことから、アイソレータ100の長期的な信頼性を高めることができる。
The above is the configuration of the
実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。 Although the present invention has been described using specific words and phrases based on the embodiments, the embodiments are merely illustrative of the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and arrangements can be made without departing from the spirit of the present invention.
100…アイソレータ、10…1次領域、12…電流発生部、14…コイル、16…入力端子、18…第1接地端子、20…第1電源端子、30…2次領域、32…ホール素子、34…増幅器、36…出力端子、38…第2接地端子、40…第2電源端子。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記1次領域に設けられたコイルと、
送信すべき前記信号に応じた駆動電流を、前記コイルに供給する電流発生部と、
前記1次領域の前記コイルと近接して設けられ、前記コイルが発生する磁束を受けるホール素子と、
前記磁束に応じて前記ホール素子に発生する電気信号を増幅する増幅器と、
を備えることを特徴とするアイソレータ。 An isolator that includes a primary region and a secondary region that are electrically isolated from each other and transmits a signal from the primary region to the secondary region;
A coil provided in the primary region;
A current generator that supplies a drive current corresponding to the signal to be transmitted to the coil;
A Hall element provided close to the coil in the primary region and receiving a magnetic flux generated by the coil;
An amplifier that amplifies an electrical signal generated in the Hall element in response to the magnetic flux;
An isolator comprising:
前記1次領域に設けられたコイルに伝送すべき信号に応じた駆動電流を供給し、前記コイルに磁束を発生させるステップと、
前記2次領域において、前記コイルが発生する磁束を受ける箇所に設けられたホール素子に前記磁束に応じた電気信号を発生させるステップと、
前記電気信号を、前記伝送すべき信号に応じた信号として取り出すステップと、
を備えることを特徴とする方法。 A method of transmitting a signal between a primary region and a secondary region that are electrically isolated from each other,
Supplying a drive current corresponding to a signal to be transmitted to a coil provided in the primary region, and generating a magnetic flux in the coil;
Generating an electrical signal corresponding to the magnetic flux in a Hall element provided in a location that receives the magnetic flux generated by the coil in the secondary region;
Extracting the electrical signal as a signal corresponding to the signal to be transmitted;
A method comprising the steps of:
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| JP2008327455A JP2010154011A (en) | 2008-12-24 | 2008-12-24 | Isolator and method of transmitting signals |
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Citations (4)
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| JPS6222088A (en) * | 1985-07-23 | 1987-01-30 | Shimadzu Corp | Sensor structure of magnetic detector |
| JPS63300973A (en) * | 1987-06-01 | 1988-12-08 | Ckd Corp | Detection switch structure |
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| JPH09213550A (en) * | 1996-01-30 | 1997-08-15 | Mitsubishi Electric Corp | Magnetic coupling signal transmission device |
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2008
- 2008-12-24 JP JP2008327455A patent/JP2010154011A/en active Pending
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